昆虫行为数据采集及处理装置的制作方法

1.本实用新型涉及昆虫行为数据处理技术领域，尤其是涉及昆虫行为数据采集及处理装置。


背景技术：

2.在农、林业领域，大多从业者是根据知识、经验等主观性手段对病虫害情况进行判断和识别，这样，不仅实时性差，且误判率也较高，极易导致病虫害除治的延误。为此，目前已有部分研究者尝试将图像识别技术和远程监控手段相结合应用于前述领域，以期对昆虫行为进行采集并识别，进而分析出昆虫的种类、行为规律(时间和数量)及行为功能，如此，可为昆虫防治和预测预报提供更客观的理论基础。农、林业领域的作物大多暴露在户外、田野间，易受风吹雨打影响，若将现有的图像采集器直接应用于该领域，则会出现供电不稳、识别不清晰、传输受限等问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是克服现有技术的上述问题，提供昆虫行为数据采集及处理装置。
4.本实用新型的目的主要通过以下技术方案实现：
5.昆虫行为数据采集及处理装置，包括主控单元、4g通信单元、电源单元、采集单元及供电单元；
6.主控单元包括单片机，单片机上连接有摄像头板a接口；
7.电源单元包括太阳能板、锂电池、充电模块及供电切换模块，太阳能板上连接有太阳能电池接口，锂电池上连接有锂电池接口，充电模块的动能输入端接入太阳能电池接口的电能输出引脚，充电模块的充电输出端接入锂电池接口的充放电引脚，充电模块还具有动能输出端，锂电池接口的充放电引脚和动能输出端均接入供电切换模块，供电切换模块用于选择锂电池接口的充放电引脚或者动能输出端与供电单元连通；
8.供电单元包括转4v模块、与转4v模块输出端连接的4g供电转3.3v模块及与转4v模块输出端连接的主控供电转3.3v模块，主控供电转3.3v模块的输出端接入单片机的动能引脚；
9.采集单元包括摄像头、与摄像头连接的摄像头接口、与摄像头接口连接的摄像头板b接口及摄像头驱动模块，摄像头板b接口连接在摄像头板a接口上，摄像头驱动模块包括用于控制通断的开关驱动模块、转2.8v驱动模块、转1.5v驱动模块、转af驱动模块，开关驱动模块的输入端接入摄像头板b接口的电源引脚，转2.8v驱动模块和转af驱动模块均接入开关驱动模块的输出端，转2.8v驱动模块具有模拟电源输出端、数字电源输出端及2.8v转换电压输出端，2.8v转换电压输出端接入转1.5v驱动模块的输入端，模拟电源输出端、数字电源输出端、转af驱动模块及转1.5v驱动模块的输出端均接入摄像头接口相应的引脚上。
10.进一步地，所述供电切换模块包括供电切换芯片、电池电源mos管、太阳能电源mos
管；
11.电池电源mos管的漏极接入所述锂电池接口的充放电引脚，电池电源mos管的栅极接入供电切换芯片的5引脚，电池电源mos管的源极接入所述供电单元；
12.太阳能电源mos管的漏极接入所述动能输出端，太阳能电源mos管的栅极接入供电切换芯片的4引脚，电池电源mos管的源极接入所述供电单元；
13.电池电源mos管的源极和太阳能电源mos管的源极并接有接入供电切换芯片4引脚的上拉电阻。
14.进一步地，所述开关驱动模块包括摄像头驱动mos管，摄像头驱动mos管的栅极连接有驱动限流电阻并接入摄像头板b接口的电源引脚，所述转2.8v驱动模块和所述转af驱动模块的输入端均接入摄像头驱动mos管的漏极。
15.进一步地，所述采集单元还包括补光灯控制模块，补光灯控制模块包括补光驱动mos管，补光驱动mos管的栅极和源极并接有钳位电阻，钳位电阻接入所述摄像头接口的闪光引脚，钳位电阻还通过并接的限流电阻接入摄像头板b接口的led引脚，补光驱动mos管的漏极并接有两个发光二极管，补光驱动mos管的漏极接入所述开关驱动模块的输出端。
16.进一步地，所述采集单元还包括与所述摄像头接口连接的有源晶振模块。
17.进一步地，所述单片机上还连接有传感器板a接口；
18.所述采集单元还包括温湿度传感器、环境光传感器及与传感器板a接口连接的传感器板b接口，温湿度传感器通过温湿度板接口连接在传感器板b接口上，环境光传感器通过环境光板接口连接在传感器板b接口上。
19.进一步地，还包括设备连接线a接口和与设备连接线a接口连接的设备连接线b接口；
20.所述供电切换模块的输出端接入设备连接线a接口的电源引脚；
21.所述转4v模块的输入端接入设备连接线b接口的电源引脚。
22.进一步地，所述采集单元还包括与单片机的传感引脚连接的震动感应器。
23.进一步地，所述单片机上连接有4g通信板a接口；
24.所述4g通信单元包括4g通信控制模块、与4g通信控制模块相连的sim卡接口及3.3v转1.8v电平转换模块；
25.4g通信控制模块连接有能与4g通信板a接口适应的4g通信板b接口，3.3v转1.8v电平转换模块的输入端接入4g供电转3.3v模块的输出端，3.3v转1.8v电平转换模块的输出端接入4g通信控制模块的相应引脚。
26.进一步地，所述主控单元还包括与单片机相连的内存条。
27.本实用新型具有以下有益效果：
28.1、本实用新型采用太阳能板作为源动力将光能转换成电能，再通过充电模块对锂电池进行充电。在供电中，可通过供电切换模块根据电能大小来选取由锂电池或者太阳能供电，如此，可有效保证供电的稳定性。
29.2、本实用新型能对昆虫的种类、数量、行为时间及周围环境等信息进行采集，经单片机处理后再通过4g通信单元传输到云平台，可供后台人员对昆虫行为进行数据分析。其中，通过补光灯控制模块的设置，可提高图像采集的清晰度；通过震动感应器5的设置，可实时监测装置是否处于震动、晃动状态。
附图说明
30.图1为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置的框架图；
31.图2为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中单片机的电路图；
32.图3为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中摄像头板a接口的示意图；
33.图4为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中传感器板a接口的示意图；
34.图5为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中4g通信板a接口的示意图；
35.图6为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中内存条的电路图；
36.图7为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中存储器的电路图；
37.图8为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中充电模块的电路图；
38.图9为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中供电切换模块的电路图；
39.图10为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中太阳能电池接口的示意图；
40.图11为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中锂电池接口的示意图；
41.图12为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中隔离设备连接线a接口的示意图；
42.图13为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中转4v模块的电路图；
43.图14为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中主控供电转3.3v模块的电路图；
44.图15为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中4g供电转3.3v模块的电路图；
45.图16为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中摄像头接口的电路图；
46.图17为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中摄像头板b接口的示意图；
47.图18为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中开关驱动模块的电路图；
48.图19为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中转2.8v驱动模块的电路图；
49.图20为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中转1.5v驱动模块的电路图；
50.图21为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中转af驱动模块的电路图；
51.图22为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中有源晶振模块的电路图；
52.图23为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中补光灯控制模块的电路图；
53.图24为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中传感器板b接口的电路图；
54.图25为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中环境光传感器的电路图；
55.图26为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中温湿度传感器的电路图；
56.图27为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中震动感应器的示意图；
57.图28为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中4g通信控制模块的电路图；
58.图29为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中sim卡接口的电路图；
59.图30为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中3.3v转1.8v电平转换模块的电路图；
60.图31为本实用新型所述的昆虫行为数据采集及处理装置中4g通信板b接口的示意图。
61.附图中附图标记所对应的名称为：1、主控单元，2、4g通信单元，3、电源单元，4、单片机，5、震动感应器，6、内存条，7、采集单元，8、主控供电转3.3v模块，9、有源晶振模块，10、补光灯控制模块，11、太阳能板，12、锂电池，13、环境光传感器，14、温湿度传感器，15、充电模块，16、供电切换模块，17、供电电源，18、转4v模块，19、4g供电转3.3v模块，20、摄像头，21、3.3v转1.8v电平转换模块，22、sim卡接口，23、转2.8v驱动模块，24、转1.5v驱动模块，25、转af驱动模块，26、4g通信控制模块，27、开关驱动模块，28、存储器。
具体实施方式
62.下面结合实施例及附图对本实用新型做进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
63.实施例1
64.如图1-30所示，昆虫行为数据采集及处理装置，包括主控单元1、4g通信单元2、电源单元3、采集单元7及供电单元17；
65.主控单元1包括单片机4，单片机4上连接有摄像头板a接口p1；
66.电源单元3包括太阳能板11、锂电池12、充电模块15及供电切换模块16，太阳能板11上连接有太阳能电池接口p4，锂电池12上连接有锂电池接口p5，充电模块15的动能输入端接入太阳能电池接口p4的电能输出引脚，充电模块15的充电输出端接入锂电池接口p5的充放电引脚，充电模块15还具有动能输出端，锂电池接口p5的充放电引脚和动能输出端均接入供电切换模块16，供电切换模块16用于选择锂电池接口p5的充放电引脚或者动能输出端与供电单元17连通；
67.供电单元17包括转4v模块18、与转4v模块18输出端连接的4g供电转3.3v模块19及与转4v模块18输出端连接的主控供电转3.3v模块8，主控供电转3.3v模块8的输出端接入单片机4的动能引脚；
68.采集单元7包括摄像头20、与摄像头20连接的摄像头接口u8、与摄像头接口u8连接的摄像头板b接口p7及摄像头驱动模块，摄像头板b接口p7连接在摄像头板a接口p1上，摄像
头驱动模块包括用于控制通断的开关驱动模块、转2.8v驱动模块23、转1.5v驱动模块24、转af驱动模块25，开关驱动模块的输入端接入摄像头板b接口p7的电源引脚，转2.8v驱动模块23和转af驱动模块25均接入开关驱动模块的输出端，转2.8v驱动模块23具有模拟电源输出端avdd、数字电源输出端dovdd及2.8v转换电压输出端，2.8v转换电压输出端接入转1.5v驱动模块24的输入端，模拟电源输出端avdd、数字电源输出端dovdd、转af驱动模块25及转1.5v驱动模块24的输出端均接入摄像头接口u8相应的引脚上。
69.本实施例中，单片机4选用stm32f429igt6，stm32f429igt6微处理器是基于armcortex-m4的32位risc内核，可以在高达180兆赫的频率工作。arm cortex-m4内核具有浮点单元(fpu)单精度，支持当下所有arm平台的单精度数据处理指令和数据类型，具有高性能、低功耗、低成本的优点。
70.如图8所示，充电模块15可选用cn3795芯片，充电模块15的动能输出端+18v基本与充电输出端等压。
71.如图13所示，转4v模块18可选用mic28514t-e/pha芯片，该芯片是dc-dc降压电源芯片，可将输入的直流电压转换成4v直流电压，在输出端还可设置有测试点，并进行滤波处理。如图14所示，主控供电转3.3v模块8用于给单片机4供电，可选用mcp1726-3302e/mf芯片，它可将输入的电压转换成单片机4所需的3.3v电压。如图15所示，4g供电转3.3v模块19用于给4g通信单元供电，可选用r1131n331b-tr-f芯片。
72.如图16所示，摄像头接口u8可选用ov5640-af。摄像头板a接口p1和摄像头板b接口p7均选用fpc_0.5_24pin，摄像头板a接口p1和摄像头板b接口p7的连接，可将单片机4上的供电电压输入采集单元7，开关驱动模块则可控制前述供电电压的通断。
73.如图19所示，转2.8v驱动模块23可选用xc6206p282mr，可将3.3v电压转换成2.8v电压，并提供模拟电路电源和数字电路电源，以接入摄像头接口u8。如图20所示，转1.5v驱动模块24可选用xc6206p152mr，可将2.8v电压转换成1.5v电压，以接入摄像头接口u8。如图21所示，转af驱动模块25可选用xc6206p282mr芯片，它可将3.3v转换成自动对焦电压，以接入摄像头接口u8。
74.本实施例应用时，电源单元3中，太阳能板将光能转换成电能，并通过充电模块对锂电池12进行充电工作。当太阳能板11提供的电压大于锂电池12能提供的电压(锂电池输出12v)时，供电切换模块16则选择动能输出端+18v直接与供电单元17连通，当太阳能板11提供的电压小于锂电池12能提供的电压时，供电切换模块16则选择锂电池接口p5的充放电引脚与供电电源17连通。如此，可有效保证供电的稳定性。供电电源17中，各个电压转换模块则可将输入的电源电压转换成与各个功能模块相适应的电压值。采集单元7中，摄像头20可对昆虫的种类、数量、时间等信息进行图像采集，经单片机4处理后再通过4g通信单元2传输到云平台，如此，便于后台人员对昆虫行为进行数据分析。
75.如图9所示，为实现供电切换模块16对输入电源的选择，优选地，所述供电切换模块16包括供电切换芯片u4、电池电源mos管n4、太阳能电源mos管n3；
76.电池电源mos管n4的漏极接入所述锂电池接口p5的充放电引脚，电池电源mos管n4的栅极接入供电切换芯片u4的5引脚，电池电源mos管n4的源极接入所述供电单元17；
77.太阳能电源mos管n3的漏极接入所述动能输出端，太阳能电源mos管n3的栅极接入供电切换芯片u4的4引脚，电池电源mos管n4的源极接入所述供电单元17；
78.电池电源mos管n4的源极和太阳能电源mos管n3的源极并接有接入供电切换芯片u44引脚的上拉电阻r10。
79.本实施例中，如图9所示，供电切换芯片u4可选用ltc4412es6。应用时，当太阳能板11提供的电压大于锂电池12能提供的电压时，供电切换芯片u4则通过5引脚向电池电源mos管n4输出高电平，电池电源mos管n4断开，通过4引脚向太阳能电源mos管n3输出低电平，太阳能电源mos管n3导通，则由动能输出端+18v供电；当太阳能板11提供的电压小于锂电池12能提供的电压时，供电切换芯片u4则通过5引脚向电池电源mos管n4输出低电平，电池电源mos管n4导通，通过4引脚向太阳能电源mos管n3输出高电平，太阳能电源mos管n3断开，则由锂电池12供电。另外，当mos管导通时，mos管两端压降约20mv，近似于理想二极管，可使切换电路发热低、功耗低、延长电池寿命的效果。上拉电阻r10可防止电平悬空的情况。
80.优选地，所述开关驱动模块包括摄像头驱动mos管n1，摄像头驱动mos管n1的栅极连接有驱动限流电阻r1并接入摄像头板b接口p7的电源引脚，所述转2.8v驱动模块23和所述转af驱动模块25的输入端均接入摄像头驱动mos管n1的漏极。
81.本实施例中，当单片机4通过摄像头板a接口p1、摄像头板b接口p7向摄像头驱动mos管n1的栅极输出低电平时，摄像头驱动mos管n1则导通。反之，则断开。
82.优选地，如图23所示，所述采集单元还包括补光灯控制模块10，补光灯控制模块10包括补光驱动mos管n2，补光驱动mos管n2的栅极和源极并接有钳位电阻r7，钳位电阻r7接入所述摄像头接口u8的闪光引脚，钳位电阻r7还通过并接的限流电阻r6接入摄像头板b接口p7的led引脚，补光驱动mos管n2的漏极并接有两个发光二极管d1，d2，补光驱动mos管n2的漏极接入所述开关驱动模块的输出端。
83.本实施例中，当摄像头接口u8通过闪光引脚向补光驱动mos管n2的栅极输出高电平时，补光驱动mos管n2则导通，两个发光二极管d1，d2则闪光，以达到补光的效果。
84.优选地，如图22所示，所述采集单元1还包括与所述摄像头接口u8连接的有源晶振模块9。
85.本实施例中，有源晶振模块9可选用24mhz频率的晶振模块，它可为采集单元提供较稳定的时钟。
86.优选地，如图4所示，所述单片机4上还连接有传感器板a接口p2；
87.所述采集单元7还包括温湿度传感器14、环境光传感器13及与传感器板a接口p2连接的传感器板b接口p6，温湿度传感器14通过温湿度板接口p11连接在传感器板b接口p6上，环境光传感器13通过环境光板接口p12连接在传感器板b接口p6上。
88.本实施例中，如图25所示，温湿度传感器14可选用sht20芯片，它用于采集温度、湿度等数据并告知给单片机4。如图26所示，环境光传感器13可选用max44009，它用于感受周围光线情况并告知给单片机4，能起到降低产品功耗的作用。由于温湿度传感器14和环境光传感器13的安装位置有特定要求，因此设计有温湿度板接口p11、环境光板接口p12及传感器板b接口p6来满足前述要求。具体地，如图25所示，温湿度板接口p11包括接口p11a和与接口p11a匹配的p11b。如图26所示，环境光板接口p12包括接口p12a和与接口p12a匹配的p12b。
89.便于输出供电电压，优选地，还包括设备连接线a接口p9和与设备连接线a接口p9连接的设备连接线b接口p10；
90.所述供电切换模块16的输出端接入设备连接线a接口p9的电源引脚；
91.所述转4v模块18的输入端接入设备连接线b接口p10的电源引脚。
92.优选地，所述采集单元7还包括与单片机4的传感引脚连接的震动感应器5。
93.本实施例中，如图27所示，震动感应器5可选用sw-2818芯片，它可感知是否处于震动、晃动状态。
94.优选地，所述单片机4上连接有4g通信板a接口p3；
95.所述4g通信单元2包括4g通信控制模块26、与4g通信控制模块26相连的sim卡接口22及3.3v转1.8v3.3v转1.8v电平转换模块21；
96.4g通信控制模块26连接有能与4g通信板a接口p3适应的4g通信板b接口13，3.3v转1.8v3.3v转1.8v电平转换模块21的输入端接入4g供电转3.3v模块19的输出端，电平转换模块28的输出端接入4g通信控制模块26的相应引脚。
97.本实施例中，如图28所示，4g通信控制模块26选用n58_4g模块。如图29所示，sim卡接口22选用贴片自弹sim卡座，与卡座连接的为esda6v1w5芯片。如图30所示，3.3v转1.8v3.3v转1.8v电平转换模块21可选用txs0104epw芯片，它可完成3.3v系统和1.8v系统之间的通信。
98.优选地，所述主控单元1还包括与单片机4相连的内存条6。
99.本实施例中，内存条6为各个功能模块提供运行的内存空间。如图6所示，内存条6可选用w9825g6kh-6/is42s16400j-7tli芯片。单片机4还连接有存储器28，如图7所示，存储器28可选用at24c02芯片。
100.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本实用新型的保护范围内。